渦輪機護罩組件的製作方法

2023-04-25 01:15:06 1

本發明涉及渦輪機部件。更具體地，本發明涉及具有加載於外部護罩(outershroud)的內部護罩(innershroud)的渦輪機護罩組件。
背景技術：
：：在燃氣渦輪機中，某些部件(例如在燃燒器的熱氣體路徑中包繞旋轉部件的護罩)經受極端的溫度、化學環境和物理條件。內部護罩還經受為了將該內部護罩加載於外部護罩而施加的壓力所造成的機械應力，相對熱氣體路徑的壓力推動。對內部護罩與外部護罩之間的空間加壓使高壓流體洩漏到熱氣體路徑中，從而降低渦輪機的效率。此外，諸如彈簧之類的用於相對於外部護罩機械加載內部護罩的機構在高溫下展示出降低的有效性，並且彈簧本身可能隨著時間過去而蠕變，從而導致加載壓力不足。例如由於加載壓力不足而造成的內部護罩未充分朝向熱氣體偏置使鬥葉/輪葉尖端與內部護罩之間的間隙增大，從而降低燃氣渦輪機效率。技術實現要素：在示例性實施例中，一種渦輪機護罩組件包括：內部護罩，該內部護罩具有鄰近熱氣體路徑的表面；外部護罩；阻尼塊(damperblock)，該阻尼塊被布置在內部護罩和外部護罩之間；第一偏置裝置(afirstbiasingapparatus)；和第二偏置裝置。第一偏置裝置向內部護罩提供第一偏置力，從而使內部護罩沿朝向熱氣體路徑並且離開外部護罩的方向偏置第一偏移距離(afirstdeflectiondistance)。第二偏置裝置向阻尼塊提供第二偏置力，從而使阻尼塊沿朝向熱氣體路徑並且離開外部護罩的方向偏置第二偏移距離。第二偏移距離大於第一偏移距離，從而將阻尼塊加載於內部護罩。較佳地，所述第一偏置裝置包括至少一個彈簧(spring)，所述彈簧連接到或接觸所述內部護罩並且被配置成在所述內部護罩上施加第一偏置力。較佳地，所述第一偏置裝置是無彈簧(springless)偏置裝置。更佳地，所述偏置裝置由加壓流體驅動。較佳地，所述第一偏置裝置包括連接到或接觸所述內部護罩的至少一個波紋管(bellows)，所述至少一個波紋管被配置成響應於所述至少一個波紋管內增大的內部壓力朝向所述熱氣體路徑膨脹並且在所述內部護罩上施加第一偏置力。更佳地，所述至少一個波紋管密封地(hermetically)覆蓋(caps)加壓流體供給線路。較佳地，所述第一偏置裝置包括至少一個推力活塞(thrustpiston)，所述至少一個推力活塞連接到或接觸所述內部護罩並且被配置成在所述內部護罩上施加第一偏置力。較佳地，所述第一偏置裝置包括偏移限制器(deflectionlimiter)，所述偏移限制器被布置和設置成使得所述第一偏移距離不超過預定偏移(predetermineddeflection)。更佳地，所述偏移限制器是可調節的(adjustable)，從而改變所述預定偏移。較佳地，所述第二偏置裝置包括至少一個彈簧，所述彈簧連接到或接觸所述阻尼塊並且被配置成在所述阻尼塊上施加第二偏置力。較佳地，所述第二偏置裝置是無彈簧偏置裝置。更佳地，所述第二偏置裝置由加壓流體驅動。較佳地，所述第二偏置裝置包括連接到或接觸所述阻尼塊的至少一個波紋管，所述至少一個波紋管被配置成響應於所述至少一個波紋管內增大的內部壓力朝向所述熱氣體路徑膨脹並且在所述阻尼塊上施加第二偏置力。更佳地，所述至少一個波紋管密封地覆蓋加壓流體供給線路。較佳地，所述第二偏置裝置包括至少一個推力活塞，所述至少一個推力活塞連接到或接觸所述阻尼塊並且被配置成在所述阻尼塊上施加第二偏置力。較佳地，所述渦輪機護罩組件還包括第三偏置裝置，所述第三偏置裝置向所述阻尼塊提供第三偏置力，使所述阻尼塊沿朝向所述熱氣體路徑並且離開所述外部護罩的方向偏置第三偏移距離，其中所述第三偏移距離大於所述第一偏移距離，從而將所述阻尼塊加載到所述內部護罩。較佳地，所述阻尼塊包括熱障塗層。在另一個示例性實施例中，一種渦輪機護罩組件包括：內部護罩，該內部護罩具有鄰近熱氣體路徑的表面；外部護罩；阻尼塊，該阻尼塊被布置在內部護罩和外部護罩之間；由加壓流體驅動的第一無彈簧偏置裝置；由加壓流體驅動的第二無彈簧偏置裝置；和可調節的偏移限制器。第一無彈簧偏置裝置向內部護罩提供第一偏置力，從而使內部護罩沿朝向熱氣體路徑並且離開外部護罩的方向偏置第一偏移距離。第一無彈簧偏置裝置包括至少一個波紋管、至少一個推力活塞、或者至少一個波紋管和至少一個推力活塞的組合。第二無彈簧偏置裝置向阻尼塊提供第二偏置力，從而使阻尼塊沿朝向熱氣體路徑並且離開外部護罩的方向偏置第二偏移距離。第二無彈簧偏置裝置包括至少一個波紋管、至少一個推力活塞、或者至少一個波紋管和至少一個推力活塞的組合。可調節的偏移限制器被布置和設置成使得第一偏移距離不超過預定偏移。預定偏移能夠通過調節偏移限制器來改變。第二偏移距離大於第一偏移距離，從而將阻尼塊加載於內部護罩。較佳地，所述渦輪機護罩組件還包括由加壓流體驅動的第三無彈簧偏置裝置，從而向所述阻尼塊提供第三偏置力，使所述阻尼塊沿朝向所述熱氣體路徑並且離開所述外部護罩的方向偏置第三偏移距離，所述第三無彈簧偏置裝置包括至少一個波紋管、至少一個推力活塞、或者至少一個波紋管和至少一個推力活塞的組合。較佳地，所述阻尼塊包括熱障塗層。在另一個示例性實施例中，一種加載渦輪機護罩組件的方法包括：將第一偏置裝置產生的第一偏置力施加於內部護罩，從而使內部護罩沿朝向熱氣體路徑並且離開外部護罩的方向偏置第一偏移距離；和將第二偏置裝置產生的第二偏置力施加於被布置在內部護罩和外部護罩之間的阻尼塊，從容使阻尼塊沿朝向熱氣體路徑並且離開外部護罩的方向偏置第二偏移距離。第二偏移距離大於第一偏移距離，從而將阻尼塊加載於內部護罩。通過下文結合附圖更加詳細的描述，本發明的其它的特徵和優點將顯而易見，附圖通過舉例的方式說明了本發明的原理。附圖說明圖1是根據本發明的實施例的渦輪機護罩組件的剖視圖，該渦輪機護罩組件包括至少一個波紋管。圖2是根據本發明的實施例的渦輪機護罩組件的剖視圖，該渦輪機護罩組件包括至少一個推力活塞。圖3是根據本發明的實施例的渦輪機護罩組件的剖視圖，該渦輪機護罩組件包括至少一個彈簧。圖4是根據本發明的實施例的渦輪機護罩組件的剖視圖，該渦輪機護罩組件包括至少兩個不同的偏置裝置。圖5是根據本發明的實施例的圖1至圖4的內部護罩的透視圖。在儘可能的情況下，相同的附圖標記將在全部附圖中用於表示相同的部件。具體實施方式提供一種渦輪機護罩組件。例如，相比未能包括本發明中所公開的特徵中的一個或多個的理念，本發明的實施例減小輪葉/鬥葉尖端間隙、提高效率、增大耐久性、增大溫度容限、降低負載損耗的可能性、降低總體成本、消除對護罩進行加壓的需要、產生其它的優點、或其組合。參照圖1，渦輪機護罩組件100包括內部護罩102、外部護罩104、阻尼塊106、第一偏置裝置108和第二偏置裝置110。內部護罩102包括表面112，該表面鄰近熱氣體路徑114。阻尼塊106被布置在內部護罩102和外部護罩104之間。第一偏置裝置108向內部護罩102提供第一偏置力116。第一偏置力116使內部護罩102沿朝向熱氣體路徑114並且離開外部護罩104的方向120偏置第一偏移距離118。第二偏置裝置110向阻尼塊106提供第二偏置力122。第二偏置力122使阻尼塊106沿朝向熱氣體路徑114並且離開外部護罩104的方向120偏置第二偏移距離124。第二偏移距離124大於第一偏移距離118，從而將阻尼塊106加載到內部護罩102。在一個實施例中，第一偏置裝置108包括偏移限制器126。偏移限制器126被布置和設置成使得第一偏移距離118不超過預定偏移128。在進一步的實施例中，偏移限制器126是可調節的。對偏移限制器126的調節改變了預定偏移128。偏移限制器126可以旋入外部護罩104中，使得偏移限制器126的旋轉將增大或減小預定偏移128。在一個實施例中，渦輪機護罩組件100包括第三偏置裝置130。第三偏置裝置130向阻尼塊106提供第三偏置力132。第三偏置力132使阻尼塊106沿朝向熱氣體路徑114並且離開外部護罩104的方向120偏置第三偏移距離134。第三偏移距離134大於第一偏移距離118，從而將阻尼塊106加載於內部護罩102。渦輪機護罩組件100可以包括任何合適數量的偏置裝置，其中包括但不限於超過三個偏置裝置。第一偏置裝置108可以通過任何合適的附連裝置連接到內部護罩102，其中包括但不限於銷136、鉤、燕尾榫、t形槽、或其組合。在一個實施例中，阻尼塊106在內部護罩102上施加足以在操作條件下阻尼內部護罩102的振動的阻尼壓力。阻尼塊106可以由任何合適的材料(其中包括但不限於鋼合金、不鏽鋼合金、鎳合金、或其組合)形成。阻尼塊106還可以包括熱障塗層，該熱障塗層保護阻尼塊106不暴露於熱氣體路徑114氣體。阻尼塊106可以通過由於阻尼塊106與外部護罩104的接口而僅沿方向120移動來保持渦輪機護罩組件100的對準。不受理論的限制，普遍認為內部護罩102的振動部分地由鬥葉/輪葉接近內部護罩102旋轉而造成的壓力場的變化而造成。在另一個實施例中，內部護罩102與阻尼塊106之間的接觸使從熱氣體路徑114吸入渦輪機護罩組件100中的熱氣體減少。在一個實施例中，內部護罩102、外部護罩104、和阻尼塊106中的一個、兩個、或全部都包括陶瓷基複合材料、金屬、單片材料、或其組合。當在本發明中使用時，術語「陶瓷基複合材料」包括但不限於碳纖維增強碳(Carbon-Fiber-ReinforcedCarbon；簡稱C/C)、碳纖維增強碳化矽(Carbon-Fiber-ReinforcedSiliconCarbide；簡稱C/SiC)、和碳化矽纖維增強碳化矽(Silicon-Carbide-Fiber-ReinforcedSiliconCarbide；簡稱SiC/SiC)。在一個實施例中，表面112包括環境屏障塗層(EnvironmentalBarrierCoating；簡稱EBC)，該環境屏障塗層保護表面112不受水蒸汽、熱、和其它燃燒氣體的影響。在另一個實施例中，表面112包括熱障塗層(ThermalBarrierCoating；簡稱TBC)，該熱障塗層保護表面112不受熱的影響。在又一個實施例中，EBC和TBC中的至少一個塗覆內部護罩102的外部138，其中包括表面112以及遠側表面140。在一個實施例中，渦輪機護罩組件100包括無彈簧第一偏置裝置108。在另一個實施例中，渦輪機護罩組件100包括無彈簧第二偏置裝置110。當在本發明中使用時，「無彈簧」表示偏置力(例如施加於內部護罩102的第一偏置力116或施加於阻尼塊106的第二偏置力122)並非由彈簧產生。在特定實施例中，無彈簧第一偏置裝置108或無彈簧第二偏置裝置110可以包括彈簧，前提是任何所包括的彈簧並不產生施加於內部護罩102或阻尼塊106的偏置力。在一個實施例中，第一偏置裝置108由加壓流體142驅動。在另一個實施例中，第二偏置裝置110由加壓流體142驅動。加壓流體142可以是任何流體，其中包括但不限於空氣。加壓空氣的合適來源包括來自燃氣渦輪壓縮機的空氣。第一偏置力116和第二偏置力122與加壓流體142的壓力、第一偏置裝置108和第二偏置裝置110的截面積成比例。在進一步的實施例中，加壓流體142來源於燃氣渦輪壓縮機中的固定位置，並且第一偏置力116和第二偏置力122隨著燃氣渦輪壓縮機所產生的壓力發生變化。在另一個實施例中，可以通過調節加壓流體142的壓力來控制第一偏置力116和第二偏置力122。在一個實施例中，第一偏置裝置108包括至少一個波紋管144，該至少一個波紋管144連接到或接觸內部護罩102。在進一步的實施例中，至少一個波紋管144包括附接到外部護罩104的第一端146和第二端148，該第二端148被配置成響應於該至少一個波紋管144內升高的內部壓力朝向熱氣體路徑114膨脹。該至少一個波紋管144的膨脹在內部護罩102上施加第一偏置力116。該至少一個波紋管144的第二端148可以附接到至少一個銷136，該至少一個銷136連接到內部護罩102的至少一個突出部150。在一個實施例中，第二端148通過支柱152附接到至少一個銷136。在一個實施例中，第二偏置裝置110包括至少一個波紋管144，該至少一個波紋管144連接到或接觸阻尼塊106。在進一步的實施例中，至少一個波紋管144包括附接到外部護罩104的第一端146和第二端148，該第二端被配置成響應於至少一個波紋管144內升高的內部壓力朝向熱氣體路徑114膨脹。該至少一個波紋管144的膨脹在阻尼塊106上施加第二偏置力122。該至少一個波紋管144的第二端148可以直接或間接地接觸阻尼塊106。在一個實施例中，至少一個波紋管144密封地覆蓋加壓流體供給線路154。當在本發明中使用時，「密封地覆蓋」表示加壓流體142幾乎不或完全不從該至少一個波紋管144與加壓流體供給線路154相聯結的區域處洩漏，並且加壓流體142也幾乎不或完全不從該至少一個波紋管144洩漏。參照圖2，在一個實施例中，第一偏置裝置108包括至少一個推力活塞200，該至少一個推力活塞200連接到或接觸內部護罩102。該至少一個推力活塞200可以包括活塞頭202和至少一個活塞密封件204。在進一步的實施例中，至少一個推力活塞200被配置成響應於來自加壓流體142的增大的壓力沿朝向熱氣體路徑114的方向120推動支柱152。該至少一個推力活塞200的移動在內部護罩102上施加第一偏置力116。活塞頭202可以附接到至少一個銷136，該至少一個銷136連接到內部護罩102的至少一個突出部150。在一個實施例中，活塞頭202通過支柱152附接到至少一個銷136。在另一個實施例中，第二偏置裝置110包括至少一個推力活塞200，該至少一個推力活塞200連接到或接觸阻尼塊106。該至少一個推力活塞200可以包括活塞頭202和至少一個活塞密封件204。在進一步的實施例中，至少一個推力活塞200被配置成響應於來自加壓流體142的增大的壓力沿朝向熱氣體路徑114的方向120推動類似的支柱。該至少一個推力活塞200的移動在阻尼塊106上施加第二偏置力122。類似的支柱可以直接或間接地接觸阻尼塊106。參照圖3，在一個實施例中，第一偏置裝置108包括至少一個彈簧300，該至少一個彈簧300連接到或接觸內部護罩102。該至少一個彈簧300可以包括壓力螺釘302。壓力螺釘302可以被擰緊以增加該至少一個彈簧300的壓縮或者被擰松以減少該至少一個彈簧300的壓縮。在進一步的實施例中，該至少一個彈簧300被配置成沿朝向熱氣體路徑114的方向120推動支柱152。該至少一個彈簧300的壓縮在內部護罩102上施加第一偏置力116。該至少一個彈簧300可以附接到至少一個銷136，該至少一個銷136連接到內部護罩102的至少一個突出部150。在一個實施例中，至少一個彈簧300通過支柱152附接到至少一個銷136。在另一個實施例中，第二偏置裝置110包括至少一個彈簧300，該至少一個彈簧連接到或接觸阻尼塊106。該至少一個彈簧300可以包括壓力螺釘302。壓力螺釘302可以被擰緊以增加該至少一個彈簧300的壓縮或者被擰松以減少該至少一個彈簧300的壓縮。在進一步的實施例中，至少一個彈簧300被配置成沿朝向熱氣體路徑114的方向120推動阻尼塊106。彈簧300的壓縮在阻尼塊106上施加第二偏置力122。該至少一個彈簧300可以直接或間接地接觸阻尼塊106。參照圖4，渦輪機護罩組件100可以包括波紋管144、推力活塞200和彈簧300的組合或其子集。通過舉例的方式(圖示)，第一偏置裝置108可以包括至少一個波紋管144，第二偏置裝置110可以包括至少一個推力活塞200，並且第三偏置裝置130可以包括至少一個彈簧300。這些元件可以以任何合適的方式組合，其中包括在具有任何數量的偏置裝置的渦輪機護罩組件100中組合。參照圖5，在一個實施例中，內部護罩102的至少一個突出部150包括插入開孔500。插入開孔500被布置和設置成使得至少一個銷136可以被插入穿過插入開孔500，以將內部護罩102可撤銷地(reversibly)附接到第一偏置裝置108。參照圖1至圖4，用於加載渦輪機護罩組件100的方法包括：將第一偏置裝置108產生的第一偏置力116施加於內部護罩102，從而使內部護罩102沿朝向熱氣體路徑114並且離開外部護罩104的方向120偏置第一偏移距離118；和將第二偏置裝置110產生的第二偏置力122施加於被布置在內部護罩102和外部護罩104之間的阻尼塊106，從而使阻尼塊106沿朝向熱氣體路徑114並且離開外部護罩104的方向120偏置第二偏移距離124。第二偏移距離124大於第一偏移距離118，從而將阻尼塊106加載於內部護罩102。在一個實施例中，第一偏置裝置108可以是任何合適的機構，其中包括但不限於至少一個彈簧300、至少一個波紋管144、至少一個推力活塞200、或其組合。在另一個實施例中，第二偏置裝置110可以是任何合適的機構，其中包括但不限於至少一個彈簧300、至少一個波紋管144、至少一個推力活塞200、或其組合。在一個實施例中，通過使內部護罩102沿朝向熱氣體路徑114並且離開外部護罩104的方向120偏置、以及使阻尼塊106沿朝向熱氣體路徑114並且離開外部護罩104的方向120偏置(其中第二偏移距離124大於第一偏移距離118)、將阻尼塊106加載於內部護罩102來加載渦輪機護罩組件100，相比缺少阻尼塊106的渦輪機護罩組件100減少內部護罩102中具有破壞性的振動。不受理論的限制，普遍認為該等破壞性的振動可能在內部護罩102和外部護罩104之間的空間未被諸如加壓流體142(僅僅是舉例)之類的流體加壓的渦輪機護罩組件100中加劇。渦輪機中的每個渦輪機護罩組件100都可以被單獨調節以解決渦輪機定子組件的失圓(outofroundness)以及個體化輪葉/鬥葉尖端間隙，從而優化渦輪機效率。此外，第一偏置裝置108和第三偏置裝置130可以在渦輪機護罩組件100內單獨調節，以調節第一偏置力116和第三偏置力132，以便在熱氣體路徑114的壓力跨過內部護罩102的表面112發生變化的條件下優化加載。不受理論的限制，普遍認為熱氣體路徑114跨過內部護罩102的表面112變化的該等變化可能是由輪葉/鬥葉接近內部護罩102操作而造成的，從而可能造成內部護罩102前緣的壓力相比後緣更高。調節第一偏置裝置108和第三偏置裝置130還可以解決內部護罩102的固有頻率(naturalfrequencies)。儘管已參照一個或多個實施例描述了本發明，但是本領域技術人員應當理解，在不偏離本發明的範圍的情況下，可以進行多種改變並且可以用等同形式代替其元件。此外，可以進行多種改型以使特定的情況或材料適應本發明的教導而不偏離其基本範圍。因此，期望本發明不限於被公開為為了實施本發明而構想的最佳模式的特定實施例，而是本發明將包括落入所附權利要求書的範圍內的所有實施例。當前第1頁1&nbsp2&nbsp3&nbsp當前第1頁1&nbsp2&nbsp3&nbsp